WikiSort.ru - Не сортированное

Квантово-размерный эффект (квантовый размерный эффект) — размерный эффект, изменение термодинамических и кинетических свойств кристалла, когда хотя бы один из его геометрических размеров становится соизмеримым с длиной волны де Бройля электронов. Этот эффект связан с квантованием энергии носителей заряда, движение которых ограничено в одном, двух или трёх направлениях. При ограничении бесконечного кристалла потенциальными барьерами или при создании границ возникают дискретные уровни квантования. В принципе, дискретный спектр возникает в любом ограниченном потенциальными стенками объёме, но практически наблюдается только при достаточно малом размере тела, поскольку эффекты декогеренции приводят к уширению энергетических уровней и поэтому энергетический спектр воспринимается как непрерывный. Поэтому наблюдение квантово-размерного эффекта возможно только если хотя бы один из размеров кристалла достаточно мал. Например, типичным примером квантово-размерного эффекта может служить двойная гетероструктура AlGaAs/GaAs/AlGaAs с двумерным электронным газом, где электроны находящиеся в слое GaAs ограничены высокими потенциальными барьерами AlGaAs, то есть для электронов формируется потенциальная яма, описываемая дном зон проводимости двух материалов, малого размера (обычно порядка 10 нм) и возникают дискретные уровни, которые соответствуют движению электронов поперёк слоя GaAs, хотя продольное движение остаётся свободным. Эти уровни эффективно сдвигают зону проводимости вверх по энергии. В результате изменяется ширина запрещённой зоны GaAs и соответственно происходит сдвиг в синюю область края межзонного поглощения. Аналогично, но с большим изменением запрещённой зоны квантово-размерный эффект наблюдается в квантовых точках, где электрон ограничен по всем трём координатам.

Принцип неопределённости

Энергия размерного квантования является следствием принципа неопределённости в квантовой механике. Если частица ограничена в пространстве в пределах расстояния L (допустим ограничен вдоль направления z), неопределённость z-компоненты её импульса возрастает на величину порядка ${\displaystyle \hbar /L}$ . Соответствующее увеличение кинетической энергии частицы дается выражением ${\displaystyle \Delta E=\hbar ^{2}/2m^{*}L^{2}}$ , где ${\displaystyle m^{*}}$  — эффективная масса частицы. Кроме увеличения минимальной энергии частицы квантовый размерный эффект приводит также к квантованию энергии её возбуждённых состояний. Энергии возбуждённых состояний для бесконечного одномерного потенциала прямоугольной ямы выражаются как ${\displaystyle E_{n}=\Delta En^{2}}$ , где n = 1,2,3,…

Литература

• Davies, John H. The Physics of Low-Dimensional Semiconductors: An Introduction. — 6th reprint. — Cambridge University Press, 2006. — ISBN 0-521-48491-X.
• Размерные эффекты // Пустырник — Румчерод. — М. : Большая российская энциклопедия, 2015. — С. 172-173. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 28). — ISBN 978-5-85270-365-1.

Из БРЭ:

• Луц­кий В. Н., Пин­скер Т. Н. Раз­мер­ное кван­то­ва­ние. М., 1983.
• Ан­до Т., Фау­лер А., Стерн Ф. Элек­трон­ные свой­ст­ва дву­мер­ных сис­тем. М., 1985.
• Де­ми­хов­ский В. Я., Ву­галь­тер Г. А. Фи­зи­ка кван­то­вых низ­ко­раз­мер­ных струк­тур. М., 2000.

См. также

• Квантово-размерный эффект Штарка

Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её.